Giáo trình : Máy điện - Khí cụ điện_ ĐH sư phạm TP HCM

Chia sẻ: Pt Pt | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:261

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 48
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM KHOA ÑIEÄN BOÄ MOÂN: CÔ SÔÛ KYÕ THUAÄT ÑIEÄN ------------0----------GVC-ThS.NGUYEÃN TROÏ NG THAÉNG GV-ThS.TRAÀN PHI LONG GIAÙO TRÌNH MAÙY ÑIEÄN-KHÍ CUÏ ÑIEÄN TP. HCM Thaùng 12 / 2005 .Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com LÔØI NOÙI ÑAÀU Giaùo trình MAÙY ÑIEÄ N-KHÍ CUÏ ÑIEÄN nhaèm giuùp sinh vieâ n baä c ñaïi hoï c hoaëc cao ñaúng ngaøn h Coâng ngheä Ñieän- Ñieä n töû, Coâng ngheä Ñieän töû –Vieãn thoâng cuûa tröôøng Ñaï i Hoï c Sö Phaïm Kyõ Thuaä t TP.HCM laøm taø...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình : Máy điện - Khí cụ điện_ ĐH sư phạm TP HCM

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM KHOA ÑIEÄN BOÄ MOÂN: CÔ SÔÛ KYÕ THUAÄT ÑIEÄN ------------0----------- GVC-ThS.NGUYEÃN TROÏ NG THAÉNG GV-ThS.TRAÀN PHI LONG GIAÙO TRÌNH MAÙY ÑIEÄN-KHÍ CUÏ ÑIEÄN TP. HCM Thaùng 12 / 2005
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com LÔØI NOÙI ÑAÀU Giaùo trình MAÙY ÑIEÄ N-KHÍ CUÏ ÑIEÄN nhaèm giuùp sinh vieâ n baä c ñaïi hoï c hoaëc cao ñaúng ngaøn h Coâng ngheä Ñieän- Ñieä n töû, Coâng ngheä Ñieän töû –Vieãn thoâng cuûa tröôøng Ñaï i Hoï c Sö Phaïm Kyõ Thuaä t TP.HCM laøm taø i lieäu hoï c taäp cuõng coù theå duø ng laøm taø i lieäu tham khaûo cho sinh vieâ n ngaø nh Ñieän Coâ ng Nghieä p, Ñieän Töï Ñoäng vaø caù c ngaønh khaùc lieân quan ñeán lónh vöï c ñieä n-ñieän töû . Giaùo trình Maùy ñieän- Khí cuï ñieän trình baøy nhöõng lyù thuyeá t cô baûn veà: caáu taïo; nguyeân lyù laøm vieäc; caùc quan heä ñieän töø ; caù c ñaëc tính cuõn g nhö caù c hieän töôï ng vaät lyù xaûy ra trong: Maùy ñieän moät chieàu ; Maùy bieán aùp ; Maùy ñieän khoâng ñoàng boä, Maùy ñieän ñoàng boä vaø caùc khí cuï ñieän thoâng duïn g. Ñeå giuùp sinh vieân deã daøng tieáp thu kieán thöùc moân hoïc, giaùo trình trình baøy noäi dung moät caù ch ngaén goïn , cô baûn. ÔÛ moãi chöông coù ví duï minh hoï a, caâ u hoû i vaø baø i taäp ñeå sinh vieân coù theå hieåu saâu hôn nhöõng vaán ñeà mình ñaõ hoï c. HCM TP. t thua Ky Caùc taùc gæa pham H Su ng D Truo © uyen an q B Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Trang PHẦN 1: MÁY ĐIỆN ................................................................................... 1 CHƯƠNG I: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ................................................................2 § 1.1. Đại cương về máy điện một chiều..................................................................2 § 1.2. Các quan hệ điện từ trong máy điện một chiều.............................................7 § 1.3. Máy phát điện một chiều..............................................................................15 § 1.4. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều................................32 CHƯƠNG II: MÁY BIẾN ÁP ................................................................................43 § 2.1. Đại cương về máy biến áp..............................................................................43 § 2.2. Tổ nối dây và mạch từ của máy biến áp..........................................................54 § 2.3. Các quan hệ điện từ trong máy biến áp...........................................................67 § 2.4. Máy biến áp làm việc ở tải xác lập đối xứng...................................................85 CHƯƠNG III: CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG HCM TP. huat CỦA MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU ...................................................98 Ky t § 3.1. Sức điện động của dây quấn máy điện xoayham p chiều..........................................98 H Su ng D § 3.2. Dây quấn máy điện xoay chiều........................................................................106 § 3.3. Sức từ động của dây quấn© máyo Tru điện xoay chiều..............................................115 uyen an q B CHƯƠNG IV: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ................................................126 § 4.1. Đại cương về máy điện không đồng bộ...........................................................126 § 4.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ............................................ 130 § 4.3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ...................................158 CHƯƠNG V: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ..................................................................172 § 5.1. Đại cương về máy điện đồng bộ.......................................................................172 § 5.2. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ........................................................ 178 § 5.3. Máy phát điện đồng bộ.....................................................................................189 § 5.4. Mở máy và điều chỉnh công suất phản kháng của động cơ đồng bộ............... 204 P HẦN 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ...........................................................................208 CHƯƠNG I: MẠCH TỪ VÀ SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ ......... 209 § 1.1. Khái niệm chung..................................................................................................209 § 1.2. Từ dẫn trong khe hở không khí............................................................................213 § 1.3. Nam châm điện từ một chiều................................................................................215 § 1.4. Nam châm điện từ xoay chiều .............................................................................218 § 1.5. Nam châm vĩnh cửu..............................................................................................222 § 1.6. Lực điện động.......................................................................................................226 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn C PDF Merge and LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN THÔNG DỤNG .........................................233 SimpoHƯƠNG II: CÁC Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com § 2.1. Contactor.............................................................................................................233 § 2.2. Cầu chì bảo vệ.....................................................................................................237 § 2.3. Aptomat...............................................................................................................241 § 2.4. Thiết bị chống dòng điện rò.................................................................................248 § 2.5. Relay dòng điện...................................................................................................251 § 2.6. Relay điện áp........................................................................................................252 § 2.7. Relay trung gian...................................................................................................253 § 2.8. Relay thời gian.....................................................................................................254 § 2.9. Relay tốc độ.........................................................................................................255 M P. HC uat T y th K pham H Su ng D ruo n©T quye an B Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PHẦN 1 : MÁY ĐIỆN M P. HC uat T y th K pham H Su ng D ruo n©T quye an B 1 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge andHƯƠNG 1 : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU C Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com § 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện ... Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ ... Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn điện cho động cơ điện một chiều, làm nguồn điện một chiều kích thích từ trong máy điện đồng bộ, dùng trong công nghiệp mạ điện... Nhược điểm của máy điện một chiều : Giá thành đắt, sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp... I. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU: Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân thành 2 phần chính là : phần tĩnh và phần quay . M 1.Phần tĩnh (stato): P. HC uat T Đây là phần đứng yên của máy gồm các bộ phận chính sau: th Ky pham H Su a.Cực từ chính: lõi g D Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có uonsắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. © Tr yen kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán Lõi sắt cực từ làm bằng những qu thép Ban lá chặt . Trong máy điện nhỏ có thể dùng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành 1 khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau . Hình 1-1. Cực từ chính b. Cực từ phụ: Được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ bulông. 2 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com c. Gông từ: Dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện vừa và nhỏ thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc . d. Các bộ phận khác: - Nắp máy : Bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện vừa và nhỏ, nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi . M P. HC uat T y th K pham H Su ng D ruo n©T quye an B - Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chối than và nhờ 1 lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. 3 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo . Phần quay ( rôto ): Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 2PDF Merge and Split Gồm các bộ phận sau : a. Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những máy cỡ trung trở nên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục . HCM TP. huat Ky t pham H Su ng D Truo © uyen an q B Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt chia thành từng đoạn nhỏ. Giữa các đoạn ấy có để 1 khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt . Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto . b. Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép . Để tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakêlit . 4 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 1-7. Mặt cắt rãnh phần ứng c. Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành 1 chiều . Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành 1 trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng 2 vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng . M P. HC uat T y th K pham H Su ng D ruo n©T quye Ban Hình 1- 8. Cổ góp. d. Các bộ phận khác : - Cánh quạt : Để quạt gió làm nguội máy. - Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt . 2. Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. - Công suất định mức P đm ( KW hay W) - Điện áp định mức Uđm ( V) - Dòng điện định mức Iđm (A) - Tốc độ định mức nđm ( v g/ph) - Hiệu suất định mức  đm 5 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDFỎI CÂU H Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1. Tại sao lõi sắt phần ứng phải làm bằng thép kỹ thuật điện ? Tại sao vỏ máy một chiều không dùng gang là vật liệu rẻ tiền và dễ đúc ? 2. Ý nghĩa của trị số công suất định mức ghi trên nhãn máy ? Công suất định mức ghi trên động cơ điện là công suất cơ đầu trục hay công suất điện đưa vào động cơ điện ? 3. Các bộ phận chính của máy điện một chiều và công dụng của các bộ phận đó ? M P. HC uat T y th K pham H Su ng D ruo n©T quye an B 6 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHIỀU. § 1.2 CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT I. Sức điện động cảm ứng trong dây quấn máy điện một chiều: Cho dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sẽ sinh ra từ thông. Khi phần ứng quay với một tốc độ nhất định nào đó thì trong dây quấn sẽ cảm ứng một sức điện động. Sức điện động đó phụ thuộc vào từ thông dưới mỗi cực từ, tốc độ của máy, số thanh dẫn của dây quấn và kiểu dây quấn . Vì dây quấn có 2a mạch nhánh ghép song song nên sức điện động của dây quấn bằng sức điện động cảm ứng trên một mạch nhánh, nghĩa là bằng tống s.đ.đ của các thanh dẫn nối tiếp trong mạch nhánh đó . Sức điện động trung bình cảm ứng trong thanh dẫn có chiều dài tác dụng l, chuyển động trong từ trường với tốc độ v bằng : etb = Btb.l.v ( 1-1) D.n n Tốc độ quay : v=  2p M P. HC 60 60 uat T y th  K Btb =  pham  .l H Su ng D ruo n©T quye khe hở Trong đó : Btb : từ cảm trung bìnhntrong Ba D : đường kính ngoài phần ứng  : bước cực p : số đôi cực n : tốc độ quay phần ứng   : từ thông khe hở dưới mỗi cực Thế vào biểu thức (1-1) ta có : n etb = 2p   ( 1-2) 60 Gọi N là tổng số thanh dẫn của dây quấn thì mỗi mạch nhánh song song có N/2a thanh dẫn nối tiếp nhau và như vậy s.đ.đ của máy bằng : N p.N Eö =   n  C e   n ( V) ( 1-3) etb  2a 60 a Trong đó :   ( Wb). n ( vg/ph). p. N Ce = : hệ số phụ thuộc vào kết cấu của máy và dây quấn 60a Chiều của Eư phụ thuộc vào chiều   và n và được xác định theo quy tắc bàn tay phải ( hình 1- 9 ). 7 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 1-9. Xác định s.đ.đ phần ứng và mômen điện từ trong máy phát điện một chiều Sự phân tích trên dựa trên giả thiết dây quấn bước đủ, s.đ.đ trên các thanh dẫn của phần tử đều cộng số học với nhau. Nếu là bước ngắn thì s.đ.đ của các thanh dẫn của một phần tử sẽ cộng véctơ nên s.đ.đ của cả phần tử sẽ nhỏ hơn so với phần tử bước đủ và như vậy s.đ.đ phần ứng cũng nhỏ đi một ít. Nhưng vì trong máy điện 1 chiều không cho phép bước ngắn lớnP. HCM hưởng ít ( thường là nên ảnh uat T y th không xét đến khi tính s.đ.đ ). am K u ph DH S g II. Mômen điện tử và công suất: ruon n©T Khi máy điện làm việc,atrong e quấn phần ứng sẽ có dòng điện chạy qua. Tác dụng của từ quy dây Bn trường lên dây dẫn có dòng điện sẽ sinh ra mômen điện từ trên trục máy. Giả thiết ở một chế độ làm việc nào đó của máy điện một chiều, từ trường và dòng điện phần ứng ở dưới 1 cực như hình : Theo quy tắc bàn tay trái mômen điện từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn có chiều từ phải sang trái . Lực diện từ tác dụng lên từng thanh dẫn bằng : f = Btbl.iö (1- 4) 8 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com I ö Nếu tổng số thanh dẫn của dây quấn bằng N, dòng điện trong mạch nhánh i ö = 2a thì mômen điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng bằng : Iö D M = B tb l .N ( 1-5) 2a 2 Trong đó : Btb : từ cảm trung bình trong khe hở Iư : dòng diện phần ứng a : số đôi mạch nhánh l: chiều dài tác dụng của thanh dẫn D : đường kính ngoài phần ứng  2 p Ta có : D= , Btb =  l pN => M =   Iö = CM   Iö ( N.m) (1-6) 2a HCM TP. ( 1-7) uat 1 pN y th => M=   Iö ( kG.m) K pham 9,81 2a H Su Trong đó : ng D   : từ thông dưới mỗi cực tính bằng o u © Tr Wb yen qu Bn : hệ số phụathuộc vào kết cấu của máy điện p. N CM  2 .a Trong máy phát điện, khi quay máy theo một chiều nhất định trong từ trường thì trong dây dẫn sinh ra s.đ.đ mà chiều được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Khi có tải thì dòng điện sinh ra sẽ cùng chiều với s.đ.đ nên mômen điện từ sinh ra sẽ ngược chiều với chiều quay của máy. Vì vậy ở máy phát điện, mômen điện từ là mômen hãm ( hình 1-10). Trong động cơ điện, khi cho dòng điện vào phần ứng thì dưới tác dụng của từ trường, trong dây quấn sẽ sinh ra mômen điện từ kéo máy quay, vì vậy chiều quay của máy trùng với chiều quay của mômen ( hình 1-10). Công suất ứng với mômen điện từ lấy vào ( máy phát ) hay đưa ra ( động cơ ) gọi là công suất điện từ và bằng : Pñt = M  ( 1-8 ) Trong đó : M : momen điện từ 2 .n = : tốc độ góc phần ứng 60 Thay vào công thức ( 1-5 ) ta được : p. N   Iö 2n  pN n  Iö = Eö.Iö ( W) Pñt = M  = ( 1- 9 ) 2a 60a 60 9 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregisteredsuất điện - http://www.simpopdf.com  thành công suất Như vậy, trong máy phát điện công Version từ đã chuyển công suất cơ M điện EưIư. Ngược lại, trong động cơ điện công suất điện từ đã chuyển công suất điện Eư Iư thành công suất cơ M  . III. Quá trình năng lượng và các phương trình cân bằng: 1. Tổn hao trong máy điện một chiều: a. Tổn hao  pcơ : Gồm tổn hao bi, tổn hao ma sát chổi than với vành góp, tổn hao do thông gió, tổn hao này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay của máy và làm cho ổ bi, vành góp nóng lên . b.Tổn hao sắt  pFe : Do từ trễ và dòng điện xoáy trong lõi thép gây nên. Tổn hao này phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày của tấm thép, trọng lượng lõi thép, từ cảm và tần số f . Khi lõi thép đã định hình thì tổ hao thép tỉ lệ với f(1,2  1,6) và B2 . Hai loại tổn hao trên khi không tải đã tồn tại nên gọi là tổn hao không tải : P0 =  pcô +  pFe ( 1-10) Tổn hao cơ và sắt sinh ra mômen hãm và mômen này tồn tại khi không tải nên gọi là mômen không tải M0 . P M0 = 0 ( 1-11)  với  là tốc độ góc của rôto. c. Tổn hao đồng  pcu : Tổn hao đồng trong mạch phần ứng  pCu.ư và tổn hao đồng trong mạch M P. HC kích thích  pCu.t Tdây quấn phần ứng Iư2rư ; tổn Tổn hao đồng trong mạch phần ứng bao gồm tổn hao đồnghuat trong Ky t hao đồng trong dây quấn cực từ phụ Iư2rf ; tổn hao tiếp xúc giữa chổi than và vành góp  ptx. Thường pham với chổi than graphit điện áp giáng trên chỗ tiếpDH Su hai chổi than 2 U tx = 2 V nên  ptx = 2 Iư . xúc của uong Hiện nay thường gộp tất cả các tổn r đồng trên phần ứng lại và viết dưới dạng  pư = Iư 2Rư n © T hao quye Ban với Rư = rư + rf + rtx bao gồm điện trở dây quấn phần ứng rư , điện trở dây quấn phụ rf , điện trở tiếp xúc chổi than rtx . Tổn hao đồng trong mạch kích thích gồm tổn hao đồng của dây quấn kích thích và tổn hao đồng của điện trở điều chỉnh trong mạch kích thích. Vì vậy  pCu.t = UtIt , với Ut là điện áp đặt trên mạch kích thích; It là dòng điện kích thích. d. Tổn hao phụ  pf : Tổn hao phụ trong thép có thể do từ trường phân bố không đều trên bề mặt phần ứng, các bulông ốc vít trên phần ứng làm từ trường phân bố không đều trong lõi sắt, ảnh hưởng của răng, rãnh làm từ trường đập mạch ... sinh ra . Tổn hao trong đồng có thể do quá trình đổi chiều làm dòng điện trong phần tử thay đổi, dòng điện phân bố không đều trên bề mặt chổi than làm tổn hao tiếp xúc lớn, từ trường phân bố không đều trong rãnh làm cho trong dây dẫn sinh ra dòng điện xoáy, tổn hao trong dây nối cân bằng sinh ra. Trong máy điện 1 chiều  p f tương đối khó tính, thường lấy bằng 1% công suất định mức . 2. Quá trình năng lượng trong máy điện một chiều và các phương trình cân bằng: a. Máy phát điện: Máy phát điện biến cơ năng thành điện năng nên máy do một động cơ sơ cấp bất kỳ kéo quay với một tốc độ nhất định . Giả thiết công suất kích từ do một máy khác cung cấp nên không tính vào công suất đưa từ động cơ sơ cấp vào máy phát điện. Công suất cơ đưa vào P 1, tiêu hao đi một phần để bù vào tổn hao cơ  pcơ và tổ hao sắt  pFe, còn đại bộ phận biến đổi thành công suất điện từ P đt . Ta có : 10 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Versionp- http://www.simpopdf.com P1 = Pñt +(  pcô +  Fe ) = Pñt + Po (1-12) Pñt = Eö Iö (1-13) Khi có dòng điện chạy trong dây dẫn thì có tổn hao đồng nên công suất điện đưa ra P2 bằng : P2 = Pđt –  pcu = E ưIư - Iư 2Rư = UIư ( 1-14) Giản đồ năng lượng : Hình 1-11. Giản đồ năng lượng của máy phát điện một chiều. Chia 2 vế của phương trình trên với Iư ta được : U = E ư - IưRư ( 1-15) HCM TP. huat Đây là phương trình cân bằng s.đ.đ của máy phát điện 1 chiều Ky t ham Có thể viết công suất đưa vào, công suất không tải và công suất điện từ theo dạng mômen nhân với tốc độ góc và như vậy công thức ( 1- 12) viết H Su p : thành ng D Truo © uyen M1  = M0  + M  an q B Chia 2 vế cho  ta được : M1 = M0 + M ( 1-16) Đây là phương trình cân bằng mômen của máy phát điện 1 chiều Trong đó : M1 là mômen đưa vào M là mômen điện từ M0 là mômen không tải b. Động cơ điện: Động cơ điện lấy công suất điện vào và truyền công suất cơ ra đầu trục Công suất điện mà động cơ nhận được từ lưới vào bằng : P1 = UI = U(Iư + It ) ( 1-17) Trong đó : I = Iư + It là dòng điện từ lưới điện vào ( Iư là dòng điện vào phần ứng, I t là dòng điện kích thích ) . U là điện áp ở đầu cực máy Công suất P1, một phần cung cấp cho mạch kích thích UI t còn phần lớn đi vào phần ứng UIư , tiêu hao một ít trên dây quấn đồng trên mạch phần ứng  pCu.ư , còn đại bộ phận là công suất điện từ Pđt . P1 =  pCu.ư +  pCu.t + P đt ( 1-18) 11 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge điện từ sau khi chuyển thành công-suất cơ thì còn tiêu hao một ít để bù vào tổn hao Công suất and Split Unregistered Version http://www.simpopdf.com cơ  pcơ và tổn hao sắt  pFe ( gọi chung là tổn hao không tải Po ). Phần còn lại là công suất đưa ra ở đầu trục P2 = M2  . Pđt =  pcơ +  pFe + P 2 = P0 + P2 ( 1- 19) Giản đồ năng lượng như hình : Từ công thức ( 1-17 ) và ( 1-18 ) ta có công suất điện trong mạch phần ứng bằng : UIư = P đt +  pCu.ư = E ưIư + Iư2Rư (1-20) M P. HC Chia 2 vế cho Iư ta được : uat T y th K pham U = E ư + I ư Rư ( 1-21) H Su ng D o Đây là phương trình cân bằng s.đ.đucủa động cơ điện 1 chiều © Tr yen Từ công thức (1-19) ta có thển qu : Ba viết M  = M0  + M2  ( 1-22) Chia 2 vế cho  ta được : M = M0 + M2 ( 1-23) Đây là phương trình cân bằng mômen của động cơ điện 1 chiều Với : M2 là mômen đưa ra đầu trục máy M0 là mômen không tải IV. TÍNH CHẤT THUẬN NGHỊCH TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU: Máy điện 1 chiều có thể dùng làm máy phát điện, cũng có thể dùng làm động cơ điện. Trong máy phát điện, chiều của mômen điện từ và tốc độ quay ngược nhau, còn dòng điện và s.đ.đ cùng chiều . Trong động cơ điện thì mômen và tốc độ quay cùng chiều còn dòng điện và s.đ.đ ngược chiều nhau. Vì vậy chỉ cần có điều kiện khách quan khác nhau thì máy sẽ có tính chất làm việc khác nhau. Giả sử máy đang làm việc ở trạng thái máy phát : E ö U Iö  nghĩa là Eư > U . Máy sinh ra điện từ hãm . Rö Nếu ta giảm từ thông  hoặc tốc độ n để giảm Eư xuống một cách thích đáng thì Eư sẽ nhỏ hơn U và dòng điện Iư sẽ đổi chiều, Eư và Iư ngược chiều nhau. Do chiều của từ thông  không đổi nên 12 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDFđiện từ (and= CM  Iư ) sẽ đổi dấu, nghĩa làhttp://www.simpopdf.com mômen Merge M Split Unregistered Version - M và n cùng chiều và mômen điện từ đó đã từ mômen hãm thành mômen quay. Máy đã chuyển từ máy phát điện sang động cơ điện. Đây là tính chất thuận nghịch của máy điện. Tách động cơ sơ cấp ra ta sẽ được 1 động cơ điện một chiều thông thường. VÍ DỤ Ví dụ 1: Một máy phát điện 1 chiều lúc quay không tải ở tốc độ n = 1000 vg/ph thì s.đ.đ phát ra bằng E0 = 222 V . Hỏi lúc không tải muốn phát ra s.đ.đ định mức E0.đm = 220 V thì tốc độ no.đm bằng bao nhiêu khi giữ dòng điện kích từ không đổi ? Giải Giữ dòng điện kích từ không đổi nghĩa là từ thông  không đổi Theo công thức ( 1-3) ta có : Eo C e n n = = E o .ñm C e n o .ñm n o .ñm HCM Khi Eo.ñm = 220 V thì : TP. huat E Ky t vg/ph 220 no.ñm = n. o .ñm = 1000.  990 pham Eo 222 H Su D g ruon 1 n©T Ví dụ 2 : Một động cơ điệnuyechiều kích thích song song, công suất định mức Pđm = 5,5 kW, q Uđm = 110 V, Iđm = 58 A Ban dòng điện đưa vào bao gồm dòng điện phần ứng Iư và kích từ I t, ( tổng nđm = 1470 vg/ph. Điện trở phần ứng Rư = 0,15  , điện trở mạch kích từ rt = 137  , điện áp giáng trên chổi than 2 U tx = 2 V. Hỏi s.đ.đ phần ứng, dòng điện phần ứng và mômen điện từ ? Giải Dòng điện kích từ : U 110 It = =  0,8 A rt 137 Dòng điện phần ứng : Iư = Iđm – It = 58 – 0,8 = 57,2 A Sức điện động phần ứng : Eư = U – IưRư - 2 U tx = 110 – ( 57,2 . 0,15 ) – 2 = 99,4 V Mômen điện từ : Eö I ö E ö I ö 99,4.57,2  36,9 N.m M=   2n 2 .1470  60 60 Nếu tính ra kG.m thì : 36,9 M=  3,76 kG.m 9,81 13 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn SimpoÂU HỎI C PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1. Sức điện động trong máy điện 1 chiều phụ thuộc vào những yếu tố nào ? 2. Phân tích giản đồ năng lượng của máy phát và động cơ điện 1 chiều , từ đó đưa ra các quan hệ về công suất, mômen, dòng điện và s.đ.đ ? BÀI TẬP 1. Một động cơ điện 1 chiều kích thích song song có các số liệu sau : Uđm = 220 V, Rư = 0,4  , Iđm = 52 A , r t = 110  và tốc độ không tải no = 1100 vg/ph . Hãy tìm : - Sức điện động phần ứng lúc tải định mức - Tốc độ lúc tải định mức - Công suất điện từ và mômen điện từ lúc tải định mức Khi phân tích bỏ qua dòng điện không tải . Đáp số : Eư.đm = 200 V nđm = 1000 vg/ph Pđt = 10 kW , Mđt = 95,5 N.m HCM 2. Một động cơ điện 1 chiều kích thích song song có các số liệu saua:t TP. hu Ky t 00 m Pđm = 96 kW, Uđm = 440 V, Iđm = 5 A, It = 5 A, nđm = 5phavg/ph, Rư = 0,078  . Tính : H Su ng D Truo -Mômen định mức ở đầu trục M2 © uyen an q -Mômen điện từ khi dòng điện định mức B -Tốc độ quay lúc không tải ký tưởng ( I = 0) Đáp số : M2 = 1833,5 N.m Mđt = 2007,7 N.m no = 523 vg/ph 3. Một máy phát điện kích thích ngoài có Uđm = 220 V , nđm = 1000vg/ph . Biết rằng ở tốc độ n = 750 vg/ph thì s.đ.đ lúc không tải Eo = 176 V. Hỏi s.đ.đ và dòng điện phần ứng lúc tải định mức của máy là bao nhiêu, biết điện trở phần ứng Rư = 0,4  . Đáp số : Eư.đm = 234,6 V Iư.đm = 36,5 A 14 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn § 1.3 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com I. ĐẠI CƯƠNG: Trong nền kinh tế quốc dân, nhiều ngành sàn xuất như luyện kim, hoá chất, giao thông vận tải ... đòi hỏi phải dùng nguồn điện một chiều, và ngày nay vẫn không thể thay thế được dòng điện một chiều mặc dù việc dùng dòng điện xoay chiều trong công nghiệp đã rất phổ biến. Thông thường để có nguồn điện một chiều có thể dùng các máy phát điện một chiều quay bằng các động cơ sơ cấp như động cơ điện xoay chiều, động cơ đốt trong, tuabin ... M P. HC uat T y th K pham H Su ng D uo Hình 1-13. Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện một chiều © Tr yen qu a. Máyn Ba phát điện một chiều kích thích độc lập b.Máy phát điện một chiều kích thích song song c. Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp d. Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp Tùy theo cách kích thích cực từ chính, máy phát điện một chiều được phân loại như sau : 1. Máy phát điện một chiều kích thích độc lập : Bao gồm máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và máy phát kích thích điện từ. Loại đầu chỉ được chế tạo với công suất nhỏ. Loại thứ hai có dây quấn kích thích lấy dòng điện từ ắcquy, lưới điện một chiều hoặc máy phát điện một chiều phụ và được dùng nhiều trong các trường hợp cần điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn, điện áp thấp (4  24)V hoặc điện áp cao trên 600 V. 2.Máy phát điện một chiều tự kích thích : Có dòng điện kích thích lấy từ bản thân máy phát điện. Tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích, ta có : Máy phát điện một chiều kích thích song song Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp Trong mọi trường hợp, công suất kích thích chiếm (0,3  5) % công suất định mức của máy. Theo hình (1-13) ta thấy rằng ở các máy phát kích thích song song và kích thích hỗn hợp I= Iư – It còn ở máy phát kích thích nối tiếp I = Iư = It . 15 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo CÁC Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com II. PDF ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy phát điện một chiều có 4 đại lượng đặc trưng là U, Iư , It và n . Trừ tốc độ n được động cơ sơ cấp giữ không đổi, ba đại lượng còn lại : U, Iư , It là những đại lượng biến thiên có liên hệ chặt chẽ với nhau . Với 3 đại lượng đó có thể thành lập 3 mối quan hệ cơ bản : U = f(Iư) khi I t = C te ; U = f(It) khi Iư = Cte và Iư = f(It) khi U = Cte . Dựa vào đó, khi nghiên cứu máy phát điện một chiều ta có các đặc tính sau đây : 1) Đặc tính không tải Uo = E o = f(It) khi I= 0, n= Cte . 2) Đặc tính ngắn mạch I n = f(It) khi U= 0 , n= Cte . 3) Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = Cte , n= Cte . 4) Đặc tính tải U = f(It) khi Iư = Cte , n= Cte . 5) Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = Cte , n= Cte . Trong năm đặc tính trên thì đặc tính không tải là trường hợp đặc biệt của đặc tính tải khi Iư = 0 và đặc tính ngắn mạch là trường hợp đặc biệt của đặc tính điều chỉnh khi U=0 . Tất cả 5 đặc tính đó đều có thể thành lập được bằng thí nghiệm trực tiếp trên máy phát điện. Tuy nhiên trong một số trường hợp, để đơn giản chỉ cần làm 2 thí nghiệm không tải và ngắn mạch, sau đó dựa vào tam giác đặc tính để suy ra 3 đặc tính còn lại. Dưới đây ta sẽ nghiên cứu chung các đặc tính không tải, đặc tính ngắn mạch và cách thành lập tam giác đặc tính của các loại máy phát điện. Vì về cơ bản chúng không có. gìCM nhau. Còn các đặc P H khác uat Tnghiên cứu riêng biệt đối với tính làm việc bao gồm đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh y th sẽ được am K u ph từng loại máy . DH S ong Đặc tính không tải Uo = Eo = f(It) khi Tru 0, n = Cte . n© I= quye Ban Làm thí nghiệm cho máy phát điện làm việc ở tốc độ n không đổi , cầu dao để hở mạch không nối với tải bên ngoài ( I = 0 ), đo các trị số It và U tương ứng ta sẽ có đặc tính không tải . Cần chú ý rằng, đối với máy phát điện kích thích độc lập, do có thể đổi chiều dòng điện kích thích nên ta có thể vẽ được toàn bộ chu trình trễ đối xứng ABA’B’A giữa hai trị số giới hạn của dòng điện kích thích  Itm ứng với điện áp cỡ  ( 1,15  1,25)Uđm . Hình 1-14. Đặc tính không tải của máy phát điện một chiều. Đối với máy phát điện tự kích thích, do cực tính ở đấu máy ( chổi than ) là cố định và không thể thực hiện được – It nên ta chỉ có thể vẽ được chu trình phụ ABA giữa + Itm và 0 . 16 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn